Die Struktur und die elektronischen Eigenschaften organischer Halbleiter sind für die Herstellung organischer Bauelemente von entscheidender Bedeutung. Da diese gerade durch das Wachstum der organischen Molekülfilme nachhaltig beeinflusst werden, ist ein Verständnis der Wachstumsmechanismen zur Herstellung organischer Halbleiterbauelemente unabdingbar. Von besonderem Interesse sind die ultradünnen organischen Filme, die aus nur wenigen Moleküllagen bestehen. Gerade bei diesen kommt es auf die homogene Dichte der Filme, Domänen, Kristallite sowie deren Grenzen und Orientierungen an. In dieser Arbeit werden das Wachstum und die entstehenden Strukturen zweier organischer Moleküle untersucht: PTCDA und das eng mit diesem verwandte NTCDA. Als Substrate kommen die (111)-Oberflächen von Silber- und Gold-Einkristallen zum Einsatz. Bei allen vier Modellsystemen bilden die Moleküle lateral hochgeordnete Filme auf den Oberflächen aus. Die Untersuchungen wurden mit dem Spektromikroskop mit Aberrationskorrektur für viele relevanten Techniken (SMART) an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II durchgeführt. Dieses Gerät erlaubt, die unterschiedlichsten Untersuchungsmethoden der Oberflächenphysik ortsaufgelöst und in Echtzeit an einer Probe in situ anzuwenden. Es kamen sowohl mikroskopische (Hg-PEEM, X-PEEM, LEEM), beugende (LEED), als auch spektroskopische Methoden (NEXAFS, PES) zum Einsatz. Für PTCDA ergeben die Experimente, dass es in Abhängigkeit von der Substrattemperatur auf beiden Oberflächen ein Franck-van der Merwe- (Lage-für-Lage-) oder ein Stranski-Krastanov-Wachstum (dreidimensionale Inseln auf einem geschlossenen Film) zeigt. In beiden Fällen sind die Moleküle innerhalb der einzelnen Lagen und Inseln parallel zum Substrat orientiert. Das Wachstum wird neben der Substrattemperatur auch nachhaltig von der Morphologie des Substrates beeinflusst, da die Filme auf ebenen Terrassen schneller wachsen als auf Stufenkanten oder -bündeln. Die Beweglichkeit der Moleküle erklärt den Einfluss beider Wachstumsfaktoren. Die hohe laterale Ordnung der Filme spiegelt sich auch in sehr großen Domänen wider. Auf Ag(111) ist die PTCDA-Monolage chemisorptiv, auf Au(111), so wie die Multilagen beider Systeme, physisorptiv gebunden. Beim NTCDA konnte das Wachstum der relaxierten Monolage auf der Ag(111)-Oberfläche sowie der Phasenübergang zur komprimierten Monolage direkt beobachtet werden. Innerhalb beider Strukturen sind die Moleküle parallel zur Substratoberfläche orientiert. Die anschließend aufwachsende Bilage ist bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur metastabil und nur unter andauerndem Molekülfluss beobachtbar. Für die Bilage wird ein mittlerer Verkippungswinkel der Moleküle gegenüber der Substratoberfläche von etwa 45° gefunden. Die anschließend aufwachsenden dreidimensionalen Inseln zeigen unterschiedliche Orientierungen und bestehen jeweils aus einer einzigen Domäne. Die Ausbildung so großer Domänen im Mikrometerbereich wird dadurch erklärt, dass die Moleküle oberhalb der Monolage in einer volumenartigen Phase in dreidimensionalen Inseln wachsen. Basierend auf ortsaufgelösten NEXAFS- und LEED-Messungen wird ein Strukturmodell vorgeschlagen, das die Messungen mit einer einzigen volumenartigen Phase erklären kann, wobei die Kristallite eine einheitliche Ausrichtung senkrecht zur Substratoberfläche aufweisen, bezüglich der Oberflächennormalen jedoch gegeneinander verdreht sind. Ob jedoch die Ausrichtung aller Inseln gleich dieser ist, ob einzelne Inseln unterschiedliche Ausrichtungen zeigen, oder ob sogar eine Art von Polymorphismus vorliegt, lässt sich mit den vorliegenden Ergebnissen nicht endgültig klären, auch wenn alles auf ein Vorhandensein einer Mischung der Modelle hindeutet. Die auf beiden Oberflächen beobachtete hohe Beweglichkeit der Moleküle deutet auf eine schwache laterale Korrugation des vertikalen Potenzials hin. / The structure and electronic properties of organic semiconductors are of crucial importance for the production of organic devices. Since these properties are strongly influenced by the growth of the molecular thin films, a deeper insight into the growth mechanisms is indispensable in order to build organic semiconductor devices. The ultrathin molecular films consisting of a few molecular layers only, are of special interest. For them a homogenous density of the films, domains, crystallites and their boundaries as well as their orientations are of great importance. In this thesis the growth and the resulting structures of two organic molecules are studied: 3,4,9,10-perylene-tetracarboxylicacid-dianhydride (PTCDA) and the closely related 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylicacid-dianhydride (NTCDA). As substrates the (111)-oriented surfaces of silver and gold single-crystals are used. In all four model systems the molecules form lateral highly ordered films on the surfaces. The measurements were carried out with the Spectro-Microscope with Aberration correction for many Relevant Techniques (SMART) using BESSY II as synchrotron light source. The SMART allows the scientist to make use of different laterally resolved surface science methods in realtime and in-situ. In this work methods of microscopic (Hg-PEEM, X-PEEM, LEEM), diffractive (LEED) and spectroscopic (NEXAFS, PES) character are used. The PTCDA measurements clearly show for both surfaces, Ag(111) as well as Au(111), that depending on the substrate temperature a Franck-van der Merwe- (layer-by-layer-) or a Stranski-Krastanov-growth mode (three dimensional islands on a closed film) occurs. In both cases the molecules are oriented parallel to the substrates within the layers and islands. The growth is not only governed by the substrate temperature but also by its morphology. Therefore the films grow faster on flat terraces than on steps and step bunches. The influence of both growth modes is explained by the high mobility of the molecules. The high degree of lateral order reflects in quite large domains. On Ag(111) the PTCDA-monolayer is bound chemisorptive whereas it is bound physisorptive on Au(111). The latter also holds true for the multilayers of both systems. For NTCDA on Ag(111) the growth of the relaxed monolayer and the phase transition towards the compressed monolayer could be observed directly. Within both monolayers the molecules are oriented parallel to the substrate surface. The following bilayer is metastable for substrate temperatures above room temperature and is observed under continuous molecular flux only. For this bilayer an average tilt angle of about 45° against the substrate surface was found for the molecules. The three dimensional islands which are growing subsequent to the bilayer show different orientations and form quite large single domains. This growth of domains in the scale of micrometers can be explained by a bulk-like structure of the three dimensional islands. Based on laterally resolved NEXAFS- and LEED-experiments, a structure model is suggested which could explain the data with only one structure. However, it was not possible within this work to finally clarify whether there is only one structure (seen under different angles) or a mixture of more than one of them. On both surfaces the molecules show a rather high mobility revealing a rather weak lateral corrugation of the vertical potential.

Stuttgart, Univ., Diss., 2002.

We report on the detailed electrical investigation of all-inkjet-printed thin-film transistor (TFT) arrays focusing on TFT failures and their origins. The TFT arrays were manufactured on flexible polymer substrates in ambient condition without the need for cleanroom environment or inert atmosphere and at a maximum temperature of 150 °C. Alternative manufacturing processes for electronic devices such as inkjet printing suffer from lower accuracy compared to traditional microelectronic manufacturing methods. Furthermore, usually printing methods do not allow the manufacturing of electronic devices with high yield (high number of functional devices). In general, the manufacturing yield is much lower compared to the established conventional manufacturing methods based on lithography. Thus, the focus of this contribution is set on a comprehensive analysis of defective TFTs printed by inkjet technology. Based on root cause analysis, we present the defects by developing failure categories and discuss the reasons for the defects. This procedure identifies failure origins and allows the optimization of the manufacturing resulting finally to a yield improvement.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit drei Ansätzen der hocheffizienten Erzeugung von weißem Licht mit organischen Leuchtdioden (OLEDs) auf der Basis kleiner Moleküle. Ein Ansatz kombiniert die Emission eines fluoreszenten und zweier phosphoreszenter Emitter in einer einzelnen Emissionsschicht. Da das Triplettniveau des verwendeten Blauemitters niedriger ist als die Triplettniveaus der phosphoreszenten Emitter, werden die Konzentrationen der Emitter so gewählt, dass ein Exzitonenübertrag zwischen ihnen unterbunden wird. Die strahlungslose Rekombination von Tripletts auf dem fluoreszenten Blauemitter begrenzt die Effizienz dieses Ansatzes, jedoch besticht die resultierende weiße OLED durch eine bemerkenswerte Farbstabilität. Der zweite Ansatz basiert auf dem “Triplet Harvesting” Konzept. Ansonsten ungenutzte Triplett Exzitonen werden von einem fluoreszenten Blauemitter auf phosphoreszente Emitter übertragen, wodurch interne Quanteneffizienzen bis zu 100 % möglich sind. Der zur Verfügung stehende Blauemitter 4P-NPD erlaubt aufgrund seines niedrigen Triplettniveaus nicht den Triplett übertrag auf einen grünen Emitter. Daher wird das “Triplet Harvesting” auf zwei unterschiedliche phosphoreszente Emitter, anhand des gelben Emitters Ir(dhfpy)2acac und des roten Emitters Ir(MDQ)2acac untersucht. Es wird gezeigt, dass beide phosphoreszente Emitter indirekt durch Exzitonendiffusion angeregt werden und nicht durch direkte Rekombination von Ladungsträgern auf den Emittermolekülen. Eine genaue Justage der Anregungsverteilung zwischen den phosphoreszenten Emittern ist durch Schichtdickenvariation in der Größenordnung üblicher Schichtdicken möglich. Spätere Produktionsanlagen brauchen daher keinen speziellen Genauigkeitsanforderungen gerecht zu werden. Der dritte und zugleich erfolgreichste Ansatz beruht auf einer Weiterentwicklung des zweiten Ansatzes. Er besteht zunächst darin den Tripletttransfer auf den Übertrag von einem fluoreszenten blauen auf einen phosphoreszenten roten Emitter zu beschränken. Die sich ergebende spektrale Lücke wird durch direktes Prozessieren einer unabhängigen voll phosphoreszenten OLED auf diese erste OLED gefüllt. Verbunden sind beide OLEDs durch eine ladungsträgererzeugende Schicht, in welcher durch das angelegte Feld Elektron/Loch-Paare getrennt werden. Dieser Aufbau entspricht elektrisch der Reihenschaltung zweier OLEDs, welche im Rahmen dieser Arbeit individuell untersucht und optimiert werden. Dabei ergibt sich, dass die Kombination von zwei verschiedenen phosphoreszenten Emittern in einer gemeinsamen Matrix die Ladungsträgerbalance in der Emissionszone sowie die Quanteneffizienz der vollphosphoreszenten OLED stark verbessert. Als Ergebnis steht eine hocheffiziente weiße OLED, welche durch die ausgewogene Emission von vier verschiedenen Emittern farbstabiles Licht mit warm weißen Farbkoordinaten (x, y) = (0.462, 0.429) und ausgezeichneten Farbwiedergabeeigenschaften (CRI = 80.1) erzeugt. Dabei sind die mit diesem Ansatz erreichten Lichtausbeuten (hv = 90.5 lm/W) mit denen von voll phosphoreszenten OLEDs vergleichbar.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Darmstadt.

Diese Arbeit stellt eine eingehende Studie des sogenannten Vertikalen Organischen Feld-Effekt-Transistors (VOFET) dar, einer neuen Transistor-Geometrie, welche dem stetig wachsenden Bereich der organischen Elektronik entspringt. Dieses neuartige Bauteil hat bereits bewiesen, dass es in der Lage ist, eine der fundamentalen Einschränkungen herkömmlicher organischer Feld-Effekt-Transistoren (OFETs) zu überwinden: Die für Schaltfrequenz und An-Strom wichtige Kanallänge des Transistors kann im VOFET stark reduziert werden, ohne dass teure und komplexe Strukturierungsmethoden genutzt werden müssen. Das genaue Funktionsprinzip des VOFET ist bisher jedoch weitgehend unerforscht. Durch den Vergleich von experimentellen Daten mit Simulationsdaten des erwarteten Bauteil-Verhaltens wird hier ein erstes, grundlegendes Verständnis des VOFETs erarbeitet. Die so gewonnenen Erkenntnisse werden im Folgenden genutzt, um bestimmte Parameter des VOFETs kontrolliert zu manipulieren. So wird beispielsweise gezeigt, dass die Morphologie des organischen Halbleiters, und damit seine Abscheidungsparameter, sowohl für die VOFET-Herstellung als auch für den Ladungsträgertransport im fertigen Bauteil eine wichtige Rolle spielen. Weiterhin wird gezeigt, dass der VOFET, genau wie der konventionelle OFET, durch das Einbringen von Kontaktdotierung deutlich verbessert werden kann. Mit Hilfe dieser Ergebnisse kann gezeigt werden, dass das Funktionsprinzip des VOFETs mit dem eines konventionellen OFETs nahezu identisch ist, wenn man von geringen Abweichungen aufgrund der unterschiedlichen Geometrien absieht. Basierend auf dieser Erkenntnis wird schließlich ein VOFET präsentiert, welcher im Inversionsmodus betrieben werden kann und so die Lücke zur konventionellen MOSFET-Technologie schließt. Dieser Inversions-VOFET stellt folglich einen vielversprechenden Ansatz für leistungsfähige organische Transistoren dar, welche als Grundbausteine für komplexe Elektronikanwendungen auf flexiblen Substraten genutzt werden können. / This work represents a comprehensive study of the so-called vertical organic field-effect transistor (VOFET), a novel transistor geometry originating from the fast-growing field of organic electronics. This device has already demonstrated its potential to overcome one of the fundamental limitations met in conventional organic transistor architectures (OFETs): In the VOFET, it is possible to reduce the channel length and thus increase On-state current and switching frequency without using expensive and complex structuring methods. Yet the VOFET's operational principles are presently not understood in full detail. By simulating the expected device behaviour and correlating it with experimental findings, a basic understanding of the charge transport in VOFETs is established and this knowledge is subsequently applied in order to manipulate certain parameters and materials in the VOFET. In particular, it is found that the morphology, and thus the deposition parameters, of the organic semiconductor play an important role, both for a successful VOFET fabrication and for the charge transport in the finished device. Furthermore, it is shown that VOFETs, just like their conventional counterparts, are greatly improved by the application of contact doping. This result, in turn, is used to demonstrate that the VOFET essentially works in almost exactly the same way as a conventional OFET, with only minor changes due to the altered contact arrangement. Working from this realisation, a vertical organic transistor is developed which operates in the inversion regime, thus closing the gap to conventional MOSFET technology and providing a truly promising candidate for high-performance organic transistors as the building blocks for advanced, flexible electronics applications.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit drei Ansätzen der hocheffizienten Erzeugung von weißem Licht mit organischen Leuchtdioden (OLEDs) auf der Basis kleiner Moleküle. Ein Ansatz kombiniert die Emission eines fluoreszenten und zweier phosphoreszenter Emitter in einer einzelnen Emissionsschicht. Da das Triplettniveau des verwendeten Blauemitters niedriger ist als die Triplettniveaus der phosphoreszenten Emitter, werden die Konzentrationen der Emitter so gewählt, dass ein Exzitonenübertrag zwischen ihnen unterbunden wird. Die strahlungslose Rekombination von Tripletts auf dem fluoreszenten Blauemitter begrenzt die Effizienz dieses Ansatzes, jedoch besticht die resultierende weiße OLED durch eine bemerkenswerte Farbstabilität. Der zweite Ansatz basiert auf dem “Triplet Harvesting” Konzept. Ansonsten ungenutzte Triplett Exzitonen werden von einem fluoreszenten Blauemitter auf phosphoreszente Emitter übertragen, wodurch interne Quanteneffizienzen bis zu 100 % möglich sind. Der zur Verfügung stehende Blauemitter 4P-NPD erlaubt aufgrund seines niedrigen Triplettniveaus nicht den Triplett übertrag auf einen grünen Emitter. Daher wird das “Triplet Harvesting” auf zwei unterschiedliche phosphoreszente Emitter, anhand des gelben Emitters Ir(dhfpy)2acac und des roten Emitters Ir(MDQ)2acac untersucht. Es wird gezeigt, dass beide phosphoreszente Emitter indirekt durch Exzitonendiffusion angeregt werden und nicht durch direkte Rekombination von Ladungsträgern auf den Emittermolekülen. Eine genaue Justage der Anregungsverteilung zwischen den phosphoreszenten Emittern ist durch Schichtdickenvariation in der Größenordnung üblicher Schichtdicken möglich. Spätere Produktionsanlagen brauchen daher keinen speziellen Genauigkeitsanforderungen gerecht zu werden. Der dritte und zugleich erfolgreichste Ansatz beruht auf einer Weiterentwicklung des zweiten Ansatzes. Er besteht zunächst darin den Tripletttransfer auf den Übertrag von einem fluoreszenten blauen auf einen phosphoreszenten roten Emitter zu beschränken. Die sich ergebende spektrale Lücke wird durch direktes Prozessieren einer unabhängigen voll phosphoreszenten OLED auf diese erste OLED gefüllt. Verbunden sind beide OLEDs durch eine ladungsträgererzeugende Schicht, in welcher durch das angelegte Feld Elektron/Loch-Paare getrennt werden. Dieser Aufbau entspricht elektrisch der Reihenschaltung zweier OLEDs, welche im Rahmen dieser Arbeit individuell untersucht und optimiert werden. Dabei ergibt sich, dass die Kombination von zwei verschiedenen phosphoreszenten Emittern in einer gemeinsamen Matrix die Ladungsträgerbalance in der Emissionszone sowie die Quanteneffizienz der vollphosphoreszenten OLED stark verbessert. Als Ergebnis steht eine hocheffiziente weiße OLED, welche durch die ausgewogene Emission von vier verschiedenen Emittern farbstabiles Licht mit warm weißen Farbkoordinaten (x, y) = (0.462, 0.429) und ausgezeichneten Farbwiedergabeeigenschaften (CRI = 80.1) erzeugt. Dabei sind die mit diesem Ansatz erreichten Lichtausbeuten (hv = 90.5 lm/W) mit denen von voll phosphoreszenten OLEDs vergleichbar.

This work focusses on the advances of organic light-emitting diodes (OLEDs) for large area display and solid-state-lighting applications. OLED technology has matured over the past two decades, aided by the rapid advances in development of the novel material and device concepts. State-of-the-art OLEDs reach internal efficiencies of 100% and device lifetimes acceptable for commercial display applications. However, further improvements in the blue emitter stability and the device performance at the high brightness are essential for OLED technology to secure its place in the lighting market. As the current passing through the device increases, a rapid decrease in OLED efficiency, so-called efficiency roll-off, takes place, which hinders the use of OLEDs wherever high brightness is required. In addition, white OLEDs comprising multiple emitter molecules suffer from the emission colour change as the operating conditions are varied or as the devices age. Despite side-by-side structuring of the monochrome OLEDs could in principle circumvent most of bespoke issues, the limitations imposed by the shadow mask technique, employed to structure vacuum deposited films, renders such approach impractical for fabrication of the devices on a large scale. In order to address these issues, photolithographic patterning of OLEDs is implemented. Highly efficient state-of-the-art devices are successfully structured down to tens of micrometers with the aid of orthogonal lithographic processing. The latter is shown to be a promising alternative for the shadow mask method in order to fabricate the full-colour RGB displays and solid-state-lighting panels. Photo-patterned devices exhibit a virtually identical performance to their shadow mask counterparts on a large scale. The high performance is replicated in the microscale OLEDs by a careful selection of functional layer sequence based on the investigation of the morphological stability and solubility of vacuum deposited films. Microstructured OLEDs, fabricated in several different configurations, are investigated and compared to their large area counterparts in order to account for the observed differences in charge transport, heat management and exciton recombination in bespoke devices. The role of the Joule heat leading to the quenching of the emissive exciton states in working devices is discussed. Structuring the active OLED area down to 20 micrometer is shown to improve the thermal dissipation in such devices, thus enabling the suppression of the efficiency roll-off at high brightness in white-emitting electroluminescent devices based on side-by-side patterned OLEDs. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den neusten Errungenschaften von organischen Licht-emittierenden Dioden (OLEDs) für großflächige Beleuchtungs- und Displayanwendungen. Die OLED-Technologie hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten, begünstigt von neuartigen Material- und Bauteilkonzepten, weit entwickelt. Im aktuellen Stand der Technik erreichen OLEDs sowohl interne Effizienzen von 100% als auch Lebensdauern die für die kommerzielle Nutzung in Displays ausreichend sind. Nichtsdestotrotz sind weitere Verbesserungen für die Stabilität blauer Emitter und die Leistungsfähigkeit bei hohen Leuchtstärken erforderlich, damit die OLED Technologie ihren Platz auf dem Markt behaupten kann. Mit steigender Stromstärke, die durch ein solches Bauteil fließt, sinkt die Effizienz rapide (der sogenannte Effizienz-Roll-Off), was die Nutzung von OLEDs verhindert, wann immer hohe Leuchtstärken erforderlich sind. Zusätzlich verändern weiße OLEDs ihre Farbkomposition durch die unterschiedliche Alterung der unterschiedlichen Emittermoleküle oder veränderte Einsatzbedingungen. Obwohl die laterale Strukturierung nebeneinander aufgebrachter, monochromer OLEDs diese Probleme umgehen könnte, ist diese Herangehensweise durch die aktuelle Schattenmasken-Technologie limitiert, welche zur Strukturierung vakuumprozessierter Dünnschichten eingesetzt wird, und somit unpraktikabel für die Massenproduktion. Um diese Problemstellungen zu umgehen, wird hier die photolithographische Strukturierung von OLEDs angewendet. Mithilfe der orthogonalen Lithographie können hocheffiziente Bauteile damit erfolgreich auf Größenordnungen von 10 Mikrometer strukturiert werden. Dies zeigt, dass die orthogonale Prozessierung eine vielversprechende Alternative für die Schattenmasken-Technologie darstellt und für die Herstellung von RGB-Displays und Beleuchtungspanelen geeignet ist. Photostrukturierte Bauteile zeigen dabei eine nahezu identische Leistungsfähigkeit zu solchen, die großffächig mittels Schattenmasken hergestellt wurden. Diese hohe Leistungsfähigkeit kann hierbei durch eine sorgfältige Auswahl der einzelnen funktionellen Schichten erreicht werden, welche auf Untersuchung von morphologischer Stabilität und Löslichkeit dieser Schichten basiert. Mikrostrukturierte OLEDs in verschiedenen Konfigurationen werden mit ihren großflächigen Gegenstücken verglichen, um beobachtete Abweichungen im Ladungstransport, der Wärmeverteilung, sowie der Exzitonenrekombination zu erklären. Die Rolle der Joule'schen Wärme, die zur Auslöschung der emittierenden Exzitonenzustände führt, wird hier diskutiert. Die thermische Dissipation kann dabei verbessert werden, indem die aktive Fläche der OLED auf 20 Mikrometer herunterstrukturiert wird. Folglich kann der Effizienz-Roll-Off bei hohen Leuchtstärken in lateral strukturierten weißen elektrolumineszenten Bauteilen unterdrückt werden.

Diese Arbeit stellt eine eingehende Studie des sogenannten Vertikalen Organischen Feld-Effekt-Transistors (VOFET) dar, einer neuen Transistor-Geometrie, welche dem stetig wachsenden Bereich der organischen Elektronik entspringt. Dieses neuartige Bauteil hat bereits bewiesen, dass es in der Lage ist, eine der fundamentalen Einschränkungen herkömmlicher organischer Feld-Effekt-Transistoren (OFETs) zu überwinden: Die für Schaltfrequenz und An-Strom wichtige Kanallänge des Transistors kann im VOFET stark reduziert werden, ohne dass teure und komplexe Strukturierungsmethoden genutzt werden müssen. Das genaue Funktionsprinzip des VOFET ist bisher jedoch weitgehend unerforscht. Durch den Vergleich von experimentellen Daten mit Simulationsdaten des erwarteten Bauteil-Verhaltens wird hier ein erstes, grundlegendes Verständnis des VOFETs erarbeitet. Die so gewonnenen Erkenntnisse werden im Folgenden genutzt, um bestimmte Parameter des VOFETs kontrolliert zu manipulieren. So wird beispielsweise gezeigt, dass die Morphologie des organischen Halbleiters, und damit seine Abscheidungsparameter, sowohl für die VOFET-Herstellung als auch für den Ladungsträgertransport im fertigen Bauteil eine wichtige Rolle spielen. Weiterhin wird gezeigt, dass der VOFET, genau wie der konventionelle OFET, durch das Einbringen von Kontaktdotierung deutlich verbessert werden kann. Mit Hilfe dieser Ergebnisse kann gezeigt werden, dass das Funktionsprinzip des VOFETs mit dem eines konventionellen OFETs nahezu identisch ist, wenn man von geringen Abweichungen aufgrund der unterschiedlichen Geometrien absieht. Basierend auf dieser Erkenntnis wird schließlich ein VOFET präsentiert, welcher im Inversionsmodus betrieben werden kann und so die Lücke zur konventionellen MOSFET-Technologie schließt. Dieser Inversions-VOFET stellt folglich einen vielversprechenden Ansatz für leistungsfähige organische Transistoren dar, welche als Grundbausteine für komplexe Elektronikanwendungen auf flexiblen Substraten genutzt werden können.:Zusammenfassung 5 Abstract 6 Publications 13 Introduction 17 Basic Principles of Organic Semiconductors and Related Devices 23 1. The Physics of Organic Semiconductors 25 1.1. Electronic and structural properties of organic semiconductors 28 1.2. Charge carrier transport 34 1.3. Doping of organic semiconductors 43 2. Organic field-effect transistors 47 2.1. Operational principle 50 2.2. Functional interfaces in OFETs 55 2.3. Contact resistance and short-channel effects in OFETs 60 2.4. Applications of OFETs and related devices 65 3. Vertical organic transistors 77 3.1. Organic permeable-base transistors (OPBTs) and organic static induction transistors (OSITs) 81 3.2. Organic Schottky barrier transistors (OSBTs) 85 3.3. Vertical organic field-effect transistors (VOFETs) 90 Study of the Vertical Organic Field-Effect Transistor 97 4. Methods and Materials 99 4.1. Materials 101 4.2. Sample preparation 104 4.3. Sample characterisation 110 5. Material Optimisation for VOFETs 121 5.1. Variation of the source insulator 123 5.2. Effects of the pentacene morphology 133 5.3. Summary 137 6. Charge Transport in the VOFET 139 6.1. Simulating current flow in the VOFET 141 6.2. The vertical channel 154 6.3. Charge transport in pentacene 161 6.4. Effects of mobility and layer thickness in pentacene VOFETs 167 6.5. Summary 175 7. Doping Concepts for VOFETs 177 7.1. Doping of the bulk regions 179 7.2. Selective contact doping 183 7.3.Impact on the understanding of VOFET operation 194 7.4. Summary 198 8. Vertical Organic Inversion Transistors 201 8.1. Discussion of suitable material systems 204 8.2. Realising inversion VOFETs 207 8.3. Summary 212 9. Conclusion and Outlook 215 9.1. Conclusion 217 9.2. Outlook 219 Appendix 221 A. XRD spectra of pentacene films 223 B. Additional simulation data 227 Bibliography 229 Addresses 257 Important Symbols, Constants and Abbreviations 263 List of Figures 271 Acknowledgements 283 / This work represents a comprehensive study of the so-called vertical organic field-effect transistor (VOFET), a novel transistor geometry originating from the fast-growing field of organic electronics. This device has already demonstrated its potential to overcome one of the fundamental limitations met in conventional organic transistor architectures (OFETs): In the VOFET, it is possible to reduce the channel length and thus increase On-state current and switching frequency without using expensive and complex structuring methods. Yet the VOFET's operational principles are presently not understood in full detail. By simulating the expected device behaviour and correlating it with experimental findings, a basic understanding of the charge transport in VOFETs is established and this knowledge is subsequently applied in order to manipulate certain parameters and materials in the VOFET. In particular, it is found that the morphology, and thus the deposition parameters, of the organic semiconductor play an important role, both for a successful VOFET fabrication and for the charge transport in the finished device. Furthermore, it is shown that VOFETs, just like their conventional counterparts, are greatly improved by the application of contact doping. This result, in turn, is used to demonstrate that the VOFET essentially works in almost exactly the same way as a conventional OFET, with only minor changes due to the altered contact arrangement. Working from this realisation, a vertical organic transistor is developed which operates in the inversion regime, thus closing the gap to conventional MOSFET technology and providing a truly promising candidate for high-performance organic transistors as the building blocks for advanced, flexible electronics applications.:Zusammenfassung 5 Abstract 6 Publications 13 Introduction 17 Basic Principles of Organic Semiconductors and Related Devices 23 1. The Physics of Organic Semiconductors 25 1.1. Electronic and structural properties of organic semiconductors 28 1.2. Charge carrier transport 34 1.3. Doping of organic semiconductors 43 2. Organic field-effect transistors 47 2.1. Operational principle 50 2.2. Functional interfaces in OFETs 55 2.3. Contact resistance and short-channel effects in OFETs 60 2.4. Applications of OFETs and related devices 65 3. Vertical organic transistors 77 3.1. Organic permeable-base transistors (OPBTs) and organic static induction transistors (OSITs) 81 3.2. Organic Schottky barrier transistors (OSBTs) 85 3.3. Vertical organic field-effect transistors (VOFETs) 90 Study of the Vertical Organic Field-Effect Transistor 97 4. Methods and Materials 99 4.1. Materials 101 4.2. Sample preparation 104 4.3. Sample characterisation 110 5. Material Optimisation for VOFETs 121 5.1. Variation of the source insulator 123 5.2. Effects of the pentacene morphology 133 5.3. Summary 137 6. Charge Transport in the VOFET 139 6.1. Simulating current flow in the VOFET 141 6.2. The vertical channel 154 6.3. Charge transport in pentacene 161 6.4. Effects of mobility and layer thickness in pentacene VOFETs 167 6.5. Summary 175 7. Doping Concepts for VOFETs 177 7.1. Doping of the bulk regions 179 7.2. Selective contact doping 183 7.3.Impact on the understanding of VOFET operation 194 7.4. Summary 198 8. Vertical Organic Inversion Transistors 201 8.1. Discussion of suitable material systems 204 8.2. Realising inversion VOFETs 207 8.3. Summary 212 9. Conclusion and Outlook 215 9.1. Conclusion 217 9.2. Outlook 219 Appendix 221 A. XRD spectra of pentacene films 223 B. Additional simulation data 227 Bibliography 229 Addresses 257 Important Symbols, Constants and Abbreviations 263 List of Figures 271 Acknowledgements 283

We report on the detailed electrical investigation of all-inkjet-printed thin-film transistor (TFT) arrays focusing on TFT failures and their origins. The TFT arrays were manufactured on flexible polymer substrates in ambient condition without the need for cleanroom environment or inert atmosphere and at a maximum temperature of 150 °C. Alternative manufacturing processes for electronic devices such as inkjet printing suffer from lower accuracy compared to traditional microelectronic manufacturing methods. Furthermore, usually printing methods do not allow the manufacturing of electronic devices with high yield (high number of functional devices). In general, the manufacturing yield is much lower compared to the established conventional manufacturing methods based on lithography. Thus, the focus of this contribution is set on a comprehensive analysis of defective TFTs printed by inkjet technology. Based on root cause analysis, we present the defects by developing failure categories and discuss the reasons for the defects. This procedure identifies failure origins and allows the optimization of the manufacturing resulting finally to a yield improvement.